第三代半导体紫外探测材料及器件关键技术

国家重点研发计划战略性先进电子材料重点专项

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1. 大失配高Al组分AlGaN和台阶流生长模式下SiC半导体材料的外延生长动力学和缺陷控制规律

难以获得低缺陷密度的高Al组份AlGaN和SiC材料、以及高质量的多层结构界面是发展高灵敏度、高可靠性APD的主要瓶颈之一。掌握材料外延生长动力学和缺陷的形成、转化和运动规律,解决大失配异质结构的生长和多层外延结构的界面控制是发展高质量AlGaN和SiC材料的关键科学问题与核心技术。

2. 宽禁带半导体材料中的杂质行为调控和p型掺杂

高Al组分AlGaN的p型掺杂效率由于受到掺杂原子离化能高、并入效率低、和强自补偿效应等关键因素的限制而难以提高。因此,研究施主型杂质和本征缺陷及其络合物的成因,降低背景杂质的补偿行为,发展新的可控p型有效掺杂方法是实现AlGaN雪崩光电探测器的关键技术问题。此外,SiC外延生长的p型掺杂虽然已经可以做到1019 cm-3,但其片内掺杂均匀性控制相比于n型掺杂还有较大差距。

3. 强电场下缺陷对载流子动力学过程影响及与器件雪崩特性的关联模型

强电场下缺陷对载流子的捕获、散射、隧穿、碰撞离化有决定性的影响。因此,揭示强电场下缺陷对载流子动力学过程影响机制,建立起材料、应力、缺陷等因素与器件雪崩特性的关联模型是亟需解决的关键科学问题。

4. 宽禁带半导体APD器件内部电场调控与暗电流抑制技术

工作在强电场模式下的宽禁带半导体APD的内部电场分布不均和边缘电场集聚问题尤为突出,对载流子的雪崩离化和器件的可靠性有重要影响。因此,通过探索器件终端结构设计和发展新的器件工艺来合理调节器件内电场分布,有效抑制边缘电场、降低器件漏电流、提高器件探测效率、增强器件可靠性是发展宽禁带半导体APD的关键技术问题。

5. 紫外单光子探测器的噪声抑制和多场互扰问题

由于SiC APD是一种新型的单光子探测器件,其暗计数、后脉冲、串扰、以及探测阵列增益波动等噪声问题给驱动电路设计带来很大挑战。如何将被动抑制电阻植入SiC APD芯片内部,实现最优的被动/主动淬灭抑制组合,优化驱动与探测器件布局和电路寄生特性,突破盖格SiC APD噪声限值,是需要解决的关键技术问题;此外,多元器件之间还存在热互扰、光场互扰、电场互扰、和一致性等问题,像元串扰噪声原因复杂。如何剪除极短时间内周边像元串扰信号,降低单光子探测阵列串扰噪声以及增益波动噪声,是另一个亟待解决的关键技术问题。




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